爆炸基础知识

消防工程师基础知识爆炸•一、爆炸的概念•物质由一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间以声、光、热、机械功等形式放出大量能量的现象叫做爆炸。实质上爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。•二、爆炸的分类•1．按爆炸性质分类•(1)物理爆炸•物理爆炸是指物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。例如蒸汽锅炉、压缩气体、液化气体过压等引起的爆炸，都属于物理爆炸。物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。••(2)化学爆炸•化学爆炸是指物质发生急剧化学反应，产生高温高压而引起的爆炸。物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。化学爆炸又可以进一步分为爆炸物分解爆炸、爆炸物与空气的混合爆炸两种类型。•爆炸物分解爆炸是爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或其组成元素。爆炸物的组成元素中如果没有氧元素，爆炸时则不会有燃烧反应发生，爆炸所需要的热量是由爆炸物本身分解产生的。•爆炸物分解爆炸是爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或其组成元素。爆炸物的组成元素中如果没有氧元素，爆炸时则不会有燃烧反应发生，爆炸所需要的热量是由爆炸物本身分解产生的。•爆炸性气体、蒸气或粉尘与空气的混合物爆炸，在石油化工生产形成的机会多，且往往不易觉察。•2．按爆炸速度分类•(1)轻爆爆炸传播速度在每秒零点几米至数米之间的爆炸过程；•(2)爆炸爆炸传播速度在每秒十米至数百米之间的爆炸过程；•(3)爆轰爆炸传播速度在每秒1千米至数千米以上的爆炸过程。•3．按爆炸反应物质分类•(1)纯组元可燃气体热分解爆炸纯组元气体由于分解反应产生大量的热而引起的爆炸；•(2)可燃气体混合物爆炸可燃气体或可燃液体蒸气与助燃气体，如空气按一定比例混合，在引火源的作用下引起的爆炸；•(3)可燃粉尘爆炸可燃固体的微细粉尘，以一定浓度呈悬浮状态分散在空气等助燃气体中，在引火源作用下引起的爆炸；•(4)可燃液体雾滴爆炸可燃液体在空气中被喷成雾状剧烈燃烧时引起的爆炸；•(5)可燃蒸气云爆炸可燃蒸气云产生于设备蒸气泄漏喷出后所形成的滞留状态。密度比空气小的气体浮于上方，反之则沉于地面，滞留于低洼处。气体随风漂移形成连续气流，与空气混合达到其爆炸极限时，在引火源作用下即可引起爆炸。•三、常见爆炸类型•1．气体爆炸•(1)纯组元气体分解爆炸•具有分解爆炸特性的气体分解时可以产生相当数量的热量。在高压下容易引起分解爆炸的气体，当压力降至某个数值时，火焰便不再传播，这个压力称作该气体分解爆炸的临界压力。•(2)混合气体爆炸•可燃气体或蒸汽与空气按一定比例均匀混合，而后点燃，因为气体扩散过程在燃烧以前已经完成，燃烧速率将只取决于化学反应速率。•在这样的条件下，气体的燃烧就有可能达到爆炸的程度。这时的气体或蒸汽与空气的混合物，称为爆炸性混合物。例如，天然气从喷嘴喷出以后，在火焰外层与空气混合，这时的燃烧速率取决于扩散速率，所进行的是扩散燃烧。如果令天然气预先与空气混合并达到适当比例，燃烧的速率将取决于化学反应速率，比扩散燃烧速率大得多，有可能形成爆炸。可燃性混合物的爆炸和燃烧之间的区别就在于爆炸是在瞬间完成的化学反应。•在石油化工生产中，可燃气体或蒸气从工艺装置、设备管线泄漏到厂房中，而后空气渗入装有这种气体的设备中，都可以形成爆炸性混合物，遇到火种，便会造成爆炸事故。石油化工生产中所发生的爆炸事故，大都是爆炸性混合物的爆炸事故。••2．粉尘爆炸•实际上任何可燃物质，当其成粉尘形式与空气以适当比例混合时，被热、火花、火焰点燃，都能迅速燃烧并引起严重爆炸。•为了防止引发燃烧，在粉尘没有清理干净的区域，严禁明火、吸烟、切割或焊接。电线应该是适于多尘气氛的，静电也必须消除。对于这类高危险性的物质，最好是在封闭系统内加工，在系统内导入适宜的惰性气体，把其中的空气置换掉。•四、爆炸极限理论与计算•1．根据化学计量浓度近似计算•爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓度可以用来确定链烷烃的爆炸下限，计算公式为•L下＝0．55C0(4—9)•式中•C0为爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓度；•0．55为常数。•如果空气中氧的含量按照20．9％计算，C0的计算式则为•式中n0为1分子可燃气体完全燃烧时所需的氧分子数。•2．由爆炸下限估算爆炸上限•常压下25℃的链烷烃在空气中的爆炸上、下限有如下关系：•如果在爆炸上限附近不伴有冷火焰，上式可简化为：•把上式代入式(4—9)，可得••３．多组元可燃性气体混合物的爆炸极限•两组元或两组元以上可燃气体或蒸气混合物的爆炸极限，可应用各组元已知的爆炸极限按照下式求取。该式仅适用于各组元间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。•式中Lm为混合气体的爆炸极限，％；•Li为i组元的爆炸极限，％；•Vi为扣除空气组元后i组元的体积分数，％。•４．可燃气体与惰性气体混合物的爆炸极限•对于有惰性气体混入的多组元可燃气体混合物的爆炸极限，可应用下式计算。•式中Lm为含惰性气体混合物的爆炸极限，％；•Lf为混合物中可燃部分的爆炸极限，％；•B为惰性气体含量，％。•第三节防火防爆的基本措施•一、石油化工企业爆炸事故易发生的场合:•1.过氧爆炸•2.物料互串引起爆炸•3.违章动火引起爆炸•4.静电引起火灾爆炸•5.积炭引起火灾爆炸•6.压力容器爆炸•7.用汽油等易挥发液体擦洗设备引起爆炸•8.安全装置失灵引起爆炸•9.负压吸入空气引起爆炸评定可燃气体火灾危险性的主要物理化学性质是着火爆炸浓度极限和自燃点。爆炸极限的下限越低，火灾危险性越大；上限、下限包括的范围越宽，火灾危险性也越大。另外，自燃点越低，火灾危险性也越大。二、预防燃烧爆炸的一般原则：采取措施，预防燃烧爆炸事故的发生；事故一旦发生，则限制或缩小灾害范围，减少事故损失；及时撤至安全地方是防火防爆的基本原则。石油化工企业发生的爆炸事故绝大多数是爆炸性混合气体的爆炸。为了不让混合气体组分达到爆炸范围，生产工艺上可采取系列措施：1.使混合气体的组分处在爆炸范围以外；2.使用惰性气体取代空气；3.使氧气浓度处于极限值以下。三、石油化工生产过程中火灾爆炸的预防（一）控制或消除燃烧爆炸条件的形成1.设计要符合规范；2.正确操作，严格控制工艺指标；3.加强设备维护，确保完好；4.加强通风排气，防止可燃气体积聚；5.采用自动控制和安全防护装置；6.使用惰性气体保护。（二）阻止火灾蔓延措施（三）防爆泄压措施（四）加强火源的控制和管理1.明火的控制2.摩擦与撞击的预防3.其他火源的控制(五)加强易燃易爆物质的管理第4讲爆炸的破坏形式及破坏力§4.1爆炸的破坏形式爆炸的破坏形式通常有直接爆破作用、冲击波的破坏作用和火灾等三种。4.1.1直接的爆破作用爆炸物质爆炸后对周围设备和建筑物的直接的破坏作用。这种破坏作用的大小决定于爆轰波阵的压力和爆炸压力的大小以及爆炸产物在作用目标上所产生的冲量。它直接造成机械设备、装置、容器和建筑物的毁坏和人员的伤亡，后果往往是严重的。机械设备和建筑物被冲击后，会变成碎片飞出。碎片一般在100m~500m内飞散，会在相当范围内造成危险。在一些爆炸事故中。由于爆炸碎片击中人体造成的伤亡常占较大的比例。爆炸物质爆炸时．产生的高温高压气体产物以极高的速度膨胀，象活塞一样挤压其周围空气，把爆炸反应释放出的部分能量传给这压缩的空气层，空气受冲击而发生扰动，使其压力、密度等产生突跃变化，这种扰动在空气中传播就成为冲击波。4.1.2冲击波的破坏作用冲击波的形成冲击波的传播速度极快，它可以在周围环境中的固体、液体、气体介质(如金属、岩石、建筑材料、水、空气等)中传播。在传播过程中，可以对周围环境中的机械设备和建筑物产生破坏作用和使人员伤亡。冲击波还可以在它的作用区域内产生震荡作用，使物体因震荡而松散甚至破坏。冲击波的破坏冲击被的破坏作用主要是由其波阵面上的超压引起的。在爆炸中心附近，空气冲击被波阵面上的超压可达几个甚至十几个大气压。冲击波在传播过程中超压降低很快。空气冲击波压力曲线破坏等级建筑物破坏程度超压ΔPk/105pa1砖木结构完全破坏2.02砖墙部分倒塌或缺裂、土房倒塌1.0~2.03木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉，墙部分移动或裂缝，土墙开列或部分倒塌0.5~1.04木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚部分破坏0.3~0.55门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏0.15~0.36门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，顶棚抹灰脱落0.07~0.157砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落0.02~0.078房屋玻璃完全无损0.001~0.05表3-10不同超压冲击波对建筑物的破坏程度为防止冲击波对周围建筑物的破坏，可确定一个距爆炸物质存放地点的安全距离。安全距离可参考下式进行计算：Rs—周围建筑物距爆炸物质的安全距离，m；Wb—炸药重量（kg）K一安全系数。安全系数K的值决定于建筑物所要求的安全等级及周围有无防爆土围墙。K值参见表3-11。bsWKR通过动物试验得知，冲击波对人体的伤害作用主要是破坏人体血管、肺细胞及支气管，亦能伤害胃肠及隔膜。超压ΔPk/105pa损伤程度损伤等级0.2无伤无伤0.2~0.3轻微挫伤轻微0.3~0.5听觉器官损伤，中等挫伤骨折等中等0.5~1.0内脏严重挫伤，可引起死亡严重1.0可大部分死亡极严重冲击波对人损伤程度普通炸药在空气中爆炸，使人致死距离可按下式估算：300kg7.2300kg1.1bbmbbmWWRWWRRm—使人致死距离，m；爆炸发生后，爆炸气体产物的扩散只发生在极其短促的瞬间，对一般可燃物来说，不足以造成起火燃烧，而且冲击波造成的爆炸风且还有灭火作用。但是建筑物内遗留大量的热或残余火苗，会把从破环的设备内部不断流出的可燃气体或易燃、可燃液体的蒸气点燃，也可能把其它易燃物点燃引起火灾。4.1.3造成火灾（1）压缩波的基本概念P0PxF未扰动区P1Px扰动区P0§4.2冲击波在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0的气体，当活塞在压力F的作用下向右运动时，会在活塞中产生一个自左向右传播的波，扰动传播后，使介质状态参数(P、ρ、T)增加，这样的波称为压缩波。反之，波阵面过后使介质状态参数(P、ρ、T)降低的波，称为稀疏波。声波——扰动区内介质质点运动是振动的，即有周期性，有压缩也有稀疏，所以既不是压缩波也不是稀疏波。声速ddpckRTc对于理想气体ddpc以上提到的压缩波、稀疏波以及声波，都有一个共同特点：波阵面处的状态参数是个微分量，未扰动区到扰动区的状态参数是渐变的，这种扰动称为弱扰动，这些波都称为弱扰动波。弱扰动波的波速度均等于该介质中的声速。（2）冲击波的形成当活塞从静止状态向右作等加速度运动时，活塞右侧邻近的介质首先受到压缩，压力、密度增大，这种状态的变化向右传播开去，形成一右行弱压缩波。当活塞再作等加速运动时，则在已经被第一个弱压缩波扰动过的介质中又有一个新的弱压缩波传播。显然，倘若活塞做连续等加速度运动，便有一系列相应的弱压缩波向右传播，介质状态发生连续的变化。可见，当活塞做连续加速运动时，在其右侧便产生一系列的压缩波，并且后者的波速大于前者的波速，后波追赶前波，一旦后面的压缩波都赶上了第一个波，便迭加形成了压力突跃升高的冲击波，它的波阵面是突跃面，波阵面上压力、密度、温度和介质运动速度等参数都突跃升高。由此得出，冲击波是波阵面过后，介质状态参数突跃变化的一种强压缩波。波阵面的传播速度称为冲击波波速。现分析每道波的波速。001vcD第1道波：112vcD第2道波：11nnnvcD第n道波：根据压缩波特性，显然有：0121...vvvvn0121...,cccckRTcn所以0121...DDDDn如果这时活塞速度不变，继续向右运动，则波阵面压力、波速等冲击波参数保持恒定，即冲击波定常传播。但是，若活塞停止运动，冲击波的传播不能连续得到外部能量的支持，即形成冲击波的自由传播。这时，在冲击波传播过程中，波速即行下降，波阵面压力等参数相应衰减，直至变成为声波（或应力波）。由此得出，冲击波传播过程